High-performance models and programmes of off-shore facilities dynamics

Abstract

Так же как судно является сложным техническим объектом, морская поверхность является сложным природным феноменом, и исследование поведения судна в океане требует испытаний в условиях, максимально приближенных к реальным. Целью данной работы является изучение возможностей имитационного моделирования без использования предположений линейной теории волн. Предметом исследования является авторегрессионная модель ветрового волнения и численный метод определения поля давлений под взволнованной морской поверхностью. Нефизическая природа авторегрессионной модели позволяет генерировать морские волны произвольных амплитуд, но требует метод вычисления давлений под дискретно заданной поверхностью. Поле давлений для случая идеальной несжимаемой жидкости определяется уравнением Лапласа со смешанным граничным условием. Решение этого уравнения, полученное в работе, сводится к известным формулам линейной теории волн и позволяет исследовать воздействия волн произвольных амплитуд на динамический морской объект. Результатом работы является реализация решения в виде компоненты виртуального полигона --- распределенной вычислительной среды для научных расчетов.

Wavy ocean surface is a complex natural phenomena as much as a ship is a complex marine object, and simulation of ship behaviour needs to be done in conditions as close to the real seaway as possible. The aim of the study reported here is to investigate possibilities of numerical simulations without usual assumptions of linear wave theory. The subject of the study is autoregressive wind wave model and numerical method that computes pressure field under wavy ocean surface. Non-physical origin of autoregressive model removes the restriction on wave amplitudes that it generates, but demands a method to compute pressures under non-analytical wavy surface. In case of incompressible inviscid fluid pressure field is determined by Laplace equation with mixed boundary condition. The solution of this equation, which is given in this work, allows to study impact of waves of arbitrary amplitudes on marine objects, and can be reduced to the known formulae from linear wave theory. The method is implemented as a software component of virtual testbed --- a system for distributed scientific computations.